陶瓷纤维增强摩擦材料的制备及其摩擦磨损机理研究

摘要

随着科学技术的快速发展,汽车向大功率、高速、重载、环保等方向发展,对汽车的舒适度和安全性要求不断提高,相应地对汽车制动摩擦材料的性能提出了更加苛刻的要求。针对目前在摩擦材料应用中存在的主要问题,本课题开展了以下研究:
　　 陶瓷纤维具有耐高温、耐磨、密度低、高温力学性能优良等特点,本研究中分别采用定速式和调压变速摩擦试验机测试两种不同的硅酸铝陶瓷纤维对摩擦材料综合性能的影响,得出加入经软化处理的硅酸铝陶瓷纤维可以稳定摩擦系数,降低磨损率,在350℃时,摩擦材料在该纤维含量为15%时的磨损率仅为0.23×10-7cm3/(N·m);而加入适量的普通硅酸铝陶瓷纤维可以提高摩擦材料抗热衰退性能。同时还对其它几种主要组分:钢纤维、MoS2、石墨、Al2O3等对摩擦材料性能的影响进行研究。采用:KH-570硅烷偶联剂对摩擦材料中的无机组分进行改性,分析其改性机理,测试改性对摩擦材料机械性能和磨损率的影响,说明改性可以改善无机组分表面状态,提高其与树脂基体的粘结强度。探索了相变材料在摩擦材料中的应用,拟用相变潜热吸收摩擦热,为解决摩擦材料热衰退问题提出一条新的途径,同时还讨论了在相变材料应用中存在的主要问题。
　　 为提高摩擦材料配方、工艺设计的准确性,本文通过人工神经网络理论建模,以摩擦材料配方、生产工艺参数和测试条件为输入参数,摩擦系数(或磨损率)为输出参数,采用不同的模型对摩擦系数和磨损率进行预测,实现对摩擦材料配方.工艺.性能的全面优化。得到优化后的配方为:经软化处理的陶瓷纤维8%,普通陶瓷纤维3%,钢纤维17%,石墨7%和二硫化钼3%,氧化铝5%,酚醛树脂12%和其它45%。最优的工艺条件为:较高的成型温度(200℃),较长的成型时间(7min)和热处理时间(12h),及较低的成型压力(30MPa)。由此制备的摩擦材料具有优良的摩擦磨损性能,在0～350℃时,摩擦系数μ保持在0.35～0.45之间,未出现明显的热衰退,指定摩擦系数偏差△μ小于±0.05,而且磨损率低于1.0×10-7cm3/(N·m),性能均优于国家标准。
　　 通过扫描电镜观察摩擦材料的断面形貌,分析纤维的增强机理;观察最优配方摩擦材料在不同温度下经磨损测试后的表面微观形貌,分析其摩擦磨损机理,得出摩擦材料在低温下的磨损类型主要是粘着磨损和磨粒磨损,在高温时还伴有热磨损和疲劳磨损。